嵌入式Linux：编译和使用Protobuf库

不脱发的程序猿

发布于 2024-05-26 10:44:07

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发布于 2024-05-26 10:44:07

Protobuf（Protocol Buffers）是由 Google 开发的一种轻量级、高效的结构化数据序列化方式，用于在不同应用之间进行数据交换和存储。它可以用于多种编程语言，并支持自动生成代码，使得数据结构定义和序列化/反序列化过程更加简洁和高效。

Protobuf-C 是 Protocol Buffers 的 C 语言实现，它专门针对 C 语言环境进行了优化，提供了类似于官方实现的功能，同时支持与其他语言生成的 Protobuf 数据进行交互。Protobuf-C 生成的库文件可以被 C 语言项目使用，使得在 C 语言环境中进行高效的数据序列化和反序列化成为可能。

Protobuf优点包括：

高效性：protobuf 生成的数据格式通常比 XML 和 JSON 更加紧凑，序列化和反序列化速度更快。
可扩展性：支持向已有消息类型添加新的字段或消息，而不破坏向后兼容性。
语言无关性：protobuf 支持多种编程语言，包括 C++, Java, Python, Go, 和 C# 等。
自动代码生成：通过 .proto 文件定义消息格式后，可以使用编译器自动生成目标语言的代码，简化开发工作。

Protobuf代码仓库：https://github.com/protocolbuffers/protobuf

Protobuf-C代码仓库：https://github.com/protobuf-c/protobuf-c

由于我需要在SoC开发板上使用C语言版的Protobuf库，所以需要使用到Protobuf和Protobuf-C。

Protobuf 提供了 Protobuf 工具，用于将 .proto 文件转换为 C 源代码和头文件，而 Protobuf-c 生成了编译所需的动态库。

1、开发环境和工具

硬件环境

台湾联咏NT96570BG

软件环境

Ubuntu 18.04.6

SDK

na51055_linux_sdk-release.tar.gz

交叉编译工具链

nvt-96570-toolchain.tar.gz

Protobuf版本

V3.6.1（SoC需要和上位机通信，保持双方版本一致）

2、安装和编译Protobuf、Protobuf-C库

SoC编译和使用Protobuf库有2种方式：

下载Protobuf、Protobuf-C源码，集成到SoC SDK包中，修改makefile文件和相关配置，每次编译SDK固件时，也会编译和生成Protobuf所需的库和文件。
在Ubuntu系统下载和编译Protobuf、Protobuf-C源码，将编译好的库和文件拷贝到SoC APP应用工程中，修改makefile文件和相关配置，直接使用。

这里我们使用第二种方式。

1、安装依赖项，指令如下：

sudo apt-get install autoconf automake libtool curl make g++ unzip pkg-config

2、安装Protobuf

下载Protobuf V3.6.1，解压后进入文件夹，指令如下：

cd protobuf
./autogen.sh
./configure
make
sudo make install
sudo ldconfig

含义如下：

cd protobuf: 进入名为 protobuf 的目录。
./autogen.sh: 运行 autogen.sh 脚本，用于生成 configure 配置脚本。
./configure: 根据生成的配置脚本，配置编译环境。
make: 编译源代码。
sudo make install: 安装编译生成的文件到系统中。
sudo ldconfig: 更新动态链接库缓存，使得系统能够找到新安装的库文件。

如果不需要使用指定版本的Protobuf，可以使用git指令下载库：

git clone https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git

3、安装protobuf-c

protobuf-c不需要指定版本，直接使用git指令下载仓库，指令如下：

git clone https://github.com/protobuf-c/protobuf-c.git
cd protobuf-c
./autogen.sh
./configure --host=arm-linux-gnueabihf CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++ --disable-protoc --prefix=$PWD/tmp_out
make
sudo make install

含义如下：

cd protobuf-c: 进入名为 protobuf-c 的目录。
./autogen.sh: 运行 autogen.sh 脚本，用于生成 configure 配置脚本。
./configure --host=arm-linux-gnueabihf CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++ --disable-protoc --prefix=$PWD/tmp_out: 配置编译环境，指定目标架构为 arm-linux-gnueabihf，并使用指定的交叉编译器进行编译。
make: 编译源代码。
sudo make install: 安装编译生成的文件到系统中。

重点说一下configure配置编译环境指令：

./configure: 运行配置脚本。
--host=arm-linux-gnueabihf: 指定目标系统架构为 arm-linux-gnueabihf，表示编译生成的程序将在 ARM 架构上运行。
CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc: 指定 C 编译器为 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc，即指定了交叉编译器。
CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++: 指定 C++ 编译器为 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++，即指定了交叉编译器。
--disable-protoc: 禁用 protoc 工具的构建，这表示只编译动态库，而不会生成 .proto 文件对应的 C 源码和头文件。
--prefix=$PWD/tmp_out: 指定安装路径为当前目录下的 tmp_out 目录。

如果不是ARM SoC使用，只是Ubuntu系统使用，配置编译环境就无需指定交叉编译工具链，指令如下：

./configure

Protobuf、Protobuf-C默认安装在/usr/local路径下：

使用指令可以查看Protobuf、Protobuf-C的版本，指令如下：

protoc-c --version

编译Protobuf-c代码时，指定了链接库输出在当前目录下的 tmp_out 目录。将编译输出物都拷贝到SoC APP应用工程中。

3、编写和编译proto文件

1、创建一个proto文件，文件命名为：LM_PCD_LD.proto，定义了一个消息类型：

syntax = "proto3";

message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;
  string email = 3;
}

2、使用 Protobuf 编译器（protoc）生成对应的C代码：

protoc --c_out=. LM_PCD_LD.proto.proto

编译生成：LM_PCD_LD.pb-c.c和LM_PCD_LD.pb-h文件。将文件拷贝到SoC APP应用工程中。

4、修改makefile文件

1、添加头文件路径：

2、添加动态链接库路径：

3、添加代码路径：

4、拷贝动态库到系统库文件下：

5、测试示例

#include <stdio.h>
#include "LM_PCD_LD.pb-c.h"

int main() {
    // 创建并初始化 Person 消息对象
    Person person = PERSON__INIT;
    person.name = "John Doe";
    person.id = 1234;
    person.email = "johndoe@example.com";

    // 序列化消息对象
    size_t packed_size = person__get_packed_size(&person);
    uint8_t buffer[packed_size];
    person__pack(&person, buffer);

    // 反序列化消息对象
    Person *unpacked_person = person__unpack(NULL, packed_size, buffer);

    // 打印反序列化后的消息内容
    printf("Name: %s\n", unpacked_person->name);
    printf("ID: %d\n", unpacked_person->id);
    printf("Email: %s\n", unpacked_person->email);

    // 释放内存
    person__free_unpacked(unpacked_person, NULL);

    return 0;
}